Bilgi

Fiber optik kablolar, ultra-ince cam veya plastik fiber şeritler boyunca ışık sinyalleri göndererek bilgi taşır ve geleneksel bakır kablolara kıyasla çok daha yüksek hız, kapasite ve iletim aralığı sunar. Üç temel katmandan -, bir iç çekirdek, onu çevreleyen bir kaplama ve bir dış koruyucu kaplamadan - oluşturulan bu kablolar, modern geniş bant ağlarının, telekomünikasyon altyapısının ve endüstriyel iletişim sistemlerinin omurgasını oluşturur. Anlamakoptik fiberler nasıl çalışırbazı zorlu sorunların çözülmesine büyük ölçüde yardımcı olabilir.

Optik Fiber Nedir?

Optik fiberbilgi taşıyıcısı olarak ışığı, iletim ortamı olarak ise cam veya plastiği kullanan bir iletişim iletkenidir. Temel süreç şu şekilde çalışır: Elektrik sinyalleri ışık darbelerine dönüştürülür, son derece ince cam şeritler aracılığıyla yüksek hızda iletilir ve ardından alıcı uçta tekrar elektrik sinyallerine dönüştürülür. Standart bir iletişim fiberinin çapı yaklaşık 125 mikrometredir -, kabaca insan saçıyla aynıdır. Bu inanılmaz derecede ince enine-kesitlere rağmen, iç kısım hassas, çok-katmanlı, eşmerkezli bir yapıya sahiptir ve her katman bağımsız bir işlev görür.

Optik fiber ile fiber optik kabloyu birbirinden ayırmak önemlidir. Afiber optik kabloverileri uzun mesafelerde ışık darbeleri olarak iletmek üzere tasarlanmış, güç elemanları ve koruyucu ceketlerle birlikte bir veya daha fazla optik fiberi barındıran eksiksiz bir kablo düzeneğidir.

Fiber Optik Kablonun Dört-Katmanlı Fiziksel Yapısı

anlamakfiber optik kablo neyden yapılır, hassas biçimde tasarlanmış dört katmanına-içten dışa daha yakından bakalım.

Çekirdek

Tam merkezde yer alan çekirdeğin çapı 8 ila 62,5 mikrometre arasında değişiyor ve ışık sinyallerinin içinden geçtiği gerçek kanal görevi görüyor. Çekirdek, kırılma indeksini artırmak için eser miktarda germanyum (Ge) katkılı yüksek-saflıkta silikon dioksitten (SiO₂) yapılmıştır. Çekirdeğin saflığı, sinyal iletim mesafesini ve kayıp seviyelerini doğrudan belirler; - iletişim-sınıf fiber, %99,99 veya daha yüksek cam saflığı gerektirir.

Kaplama

fiber optik kablo kaplamaçekirdeği 125 mikrometrelik düzgün bir çapa sahip olarak çevreler. Aynı zamanda silikon dioksitten yapılmıştır, ancak ona çekirdekten biraz daha düşük bir kırılma indisi veren farklı bir katkı formülüne sahiptir. Bu kırılma indisi farkı, ışık sinyali iletimini - mümkün kılan fiziksel önkoşuldur; bu fark olmasaydı, ışık fiberden dışarı sızardı.

Kaplama (Tampon)

Bir veya iki katman UV- ile kürlenmiş akrilatkaplamakaplamanın üzerine uygulanarak toplam elyaf çapı 250 mikrometreye getirilir. Kaplama, çıplak camı mikro bükülmeye, çizilmeye ve nem girişine karşı korur. Kaplamanın bozulması, uzun süreli kullanımdan sonra fiberlerde performans düşüşünün ana nedenlerinden biridir-.

Ceket

En dıştaki koruyucu yapı tipik olarak polietilen (PE) veya polivinil klorürden (PVC) yapılır ve bazı özel uygulamalarda Düşük Duman Sıfır Halojen (LSZH) malzemeleri kullanılır. Ceket ayrıca kurulum sırasında çekme, basma ve bükülme gerilimlerine direnmek için güç elemanları olarak aramid elyaflar (Kevlar), çelik tel veya cam elyaf takviyeli plastik (FRP) çubuklar içerebilir.

Bu dört katman - yüksek-saflıkta silika çekirdek, katkılı silika kaplama, akrilat kaplama ve polimer kılıf - birlikte temel bileşeni oluştururfiber optik malzemelerher iletişim-kablosunda bulunur.

Gerçek dağıtımlarda düzinelerce ila binlerce optik fiber bir optik kablo halinde bir araya getirilir. Optik kablo ve optik fiber iki farklı kavramdır: fiber iletim ortamıdır; kablo, fiberlerden, mukavemet elemanlarından ve koruyucu kılıflardan oluşan komple bir üründür.

Fiber Optik Kablolar Nasıl Çalışır?

Toplam İç Yansıma

Arkasındaki temel prensipfiber optik kablolar verileri nasıl iletirToplam İç Yansımadır (TIR). Işık, daha yüksek kırılma indisine sahip bir ortamdan daha düşük kırılma indisine sahip bir ortama geçtiğinde ve geliş açısı kritik açıyı aştığında, ışık, arayüzden geçmek yerine %100 daha yüksek-indeksli tarafa geri yansıtılır. Fiber optik tam olarak bu prensibi kullanır: Çekirdeğin kırılma indisi (yaklaşık 1,467) kaplamanınkinden (yaklaşık 1,460) daha yüksektir, dolayısıyla ışık sinyalleri sürekli olarak çekirdek-kılıf arayüzünden sığ geçiş açılarıyla yansır ve fiber boyunca yayılır.

Burada önemli bir parametre Sayısal Açıklıktır (NA). NA, çekirdek ve kaplama arasındaki kırılma indisi farkıyla belirlenen, fiberin gelen ışığı kabul edebileceği maksimum açı aralığını tanımlar. Daha büyük bir NA, daha büyük bağlantı toleransı sağlayarak bir ışık kaynağıyla hizalanmayı kolaylaştırır, ancak aynı zamanda dağılımı artırır ve sinyal kalitesini düşürür. Bu, fiber tasarımındaki-temel ödünlerden biridir.

Eksiksiz Optik İletişim Bağlantısı

anlamakfiber optik kablo nasıl çalışırgerçek-dünya sisteminde bir sürecin üç temel aşamasına bakmamız gerekirfiber optik iletişimbağlantı.

Verici:Elektrik sinyalleri önce dijital darbe dizisine (0'lar ve 1'ler) kodlanır, ardından bir ışık kaynağı bunları optik darbelere dönüştürür. İki tür ışık kaynağı vardır: lazer diyotlar (LD) ve ışık-yayan diyotlar (LED). Lazer diyotlar daha yüksek çıkış gücü, daha dar spektral genişlik ve daha hızlı modülasyon oranları sunarak onları uzun-mesafe, yüksek-hız senaryoları için uygun hale getirir. LED'ler daha düşük-maliyetlidir ancak daha geniş spektral genişliğe sahiptirler ve kısa mesafeli uygulamalar için uygundurlar.

Fiber (İletim Segmenti):Optik darbeler fibere girdiğinde çekirdek boyunca yayılır. Uzun-mesafeli iletimde, sinyal zayıflamasını telafi etmek için optik amplifikatörler düzenli aralıklarla yerleştirilir. Modern Yoğun Dalga Boyu Bölmeli Çoğullama (DWDM) fiber optik teknolojisitek bir fiberde aynı anda 80 ila 160 farklı dalga boyu kanalını taşıyabilir; her biri bağımsız olarak veri taşır ve saniye başına-terabit{- düzeyinde tek-fiber kapasitesi sağlar.

Alıcı:Bir fotodetektör (tipik olarak bir PIN fotodiyot veya çığ fotodiyodu, APD), alınan optik darbeleri tekrar elektrik sinyallerine dönüştürür ve bunlar daha sonra saat kurtarma ve karar devreleri yoluyla orijinal verilere geri yüklenir.

Sinyal Zayıflaması

Fiber yoluyla ışık iletimi kayıpsız bir süreç değildir. Sinyal zayıflaması temel kısıtlamadırfiber optik iletişimsistem tasarımı.

Zayıflama üç ana kaynaktan gelir. Birincisi, camdaki malzeme emilimi - artık hidroksil iyonları (OH⁻), belirli dalga boylarında (1383 nm civarında) emilim zirveleri oluşturur; bu nedenle modern iletişim fiberleri öncelikle 1310 nm ve 1550 nm düşük-kayıp pencerelerini kullanır. İkincisi, ışık arasındaki Rayleigh saçılımı - etkileşimleri ve camdaki mikroskobik yoğunluk düzensizlikleri, daha kısa dalga boylarında baskın kayıp mekanizması olan saçılma kayıplarına neden olur. Üçüncüsü bükülme kaybıdır - aşırı küçük fiber bükülme yarıçapları ışık sinyallerinin çekirdekten sızmasına neden olur.

Referans olarak, mevcut ana akım G.652D tek-modlu fiberin tipik zayıflaması 1310 nm'de 0,35 dB/km ve 1550 nm'de 0,20 dB/km'dir. Bu, 1550 nm'de sinyal gücünün 100 km yol kat ettikten sonra orijinal seviyesinin %1'ine düştüğü anlamına gelir. Sonuç olarak, uzun mesafeli ana hatlar, sinyal yenilenmesi için her 80 ila 100 km'de bir optik amplifikatörlere ihtiyaç duyar.

Fiber Optik Kablo Çeşitleri:Tekli-Mod ve Çoklu-Mod Karşılaştırması

Optik fiberler iletim modlarının sayısına bağlı olarak iki ana kategoriye ayrılır. Bunlarfiber optik kablo türlerifiziksel parametreler, performans özellikleri ve uygun uygulamalar açısından temel olarak farklılık gösterir.

Tek-Modlu Fiber (SMF)

Tek-modlu fiberin çekirdek çapı 8 ila 10 mikrometredir ve yalnızca bir temel modun (LP01) yayılmasına izin verir. Tek-modlu fiber, intermodal dağılımı ortadan kaldırarak, çoklu-modlu fiberinkini çok aşan bir bant genişliği-mesafe ürünü elde eder ve bu da onu orta- ve uzun- mesafeli iletişim için standart seçim haline getirir.

Tipik çalışma dalga boyları, ışık kaynağı olarak Dağıtılmış Geri Beslemeli Lazer Diyotları (DFB-LD) kullanan 1310 nm ve 1550 nm'dir. İletim mesafesi onlarca ila yüzlerce kilometreye ulaşabilir (optik amplifikatörlerle binlerce kilometreye kadar genişletilebilir). Dış ceket renk kodu sarıdır.

Ana standart tanımlamalar arasında ITU-T G.652 (standart tek{-mod), G.655 (sıfır-olmayan dağılım kaydırılmış) ve G.657 (bükülmeye-duyarsız, FTTH konuşlandırması için tasarlanmıştır) yer alır.

Çok-Modlu Fiber (MMF)

Çok-modlu fiberin çekirdek çapı 50 veya 62,5 mikrometredir ve yüzlerce ila binlercefiber optik modlarıaynı anda yaymak. Farklı modlar farklı hızlarda hareket ederek alıcıya farklı zamanlarda ulaşırlar -, çoklu- modlu fiberin iletim mesafesini ve bant genişliğini doğrudan sınırlayan, modlar arası dağılım - adı verilen bir olgudur.

Işık kaynağı olarak VCSEL'ler (Dikey Boşluklu Yüzey Yayan Lazerler) veya LED'ler kullanılarak tipik çalışma dalga boyları 850 nm ve 1300 nm'dir. İletim mesafeleri genellikle birkaç yüz metredir. Ceket renginin tanımlanması için: OM3/OM4 deniz mavisi, OM5 limon yeşili ve OM1/OM2 turuncu kullanır.

Seçim Kriterleri

arasındafarklı fiber kablo türlerikarar verici faktör iletim mesafesidir. 300 metrenin altındaki mesafeler için - örneğin -veri-merkezi ara bağlantıları ve bina içi kablolama - çoklu-modlu fiber, uyumlu optik modülleri tek-modlu eşdeğerlerine göre önemli ölçüde daha ucuz olduğundan maliyet avantajı sunar. 500 metrenin ötesinde - kampüs omurgaları, büyükşehir ağları ve uzun-ana hatlar - tek-modlu fiber geçerli tek seçenektir. İlgili optimum mesafe aralıkları içerisinde her iki tip de evrensel olarak üstün değildir; çok{16}}modlu bir çözüm genellikle daha düşük toplam sahip olma maliyeti sağlar.

Fiber Optik Kablolar Nasıl Yapılır?

Fiber optik kablolar esas olarak, optik sinyallerin iletilmesi için insan saçından daha ince filamanlara çekilen ultra-saf silika camdan (silikon dioksit) oluşur. Tipik bir fiber optik kablo birkaç temel bileşenden oluşur: ışık sinyallerini taşıyan merkezi bir çekirdek, iç yansımayı sağlayan çevreleyen bir cam kaplama, fiberi fiziksel hasardan koruyan bir polimer koruyucu kaplama ve kablonun mekanik dayanıklılığını artıran Kevlar veya çelik gibi takviye edici güç elemanları..Optik fiber üretimihassas kimya mühendisliği ile optik biliminin kesişim noktasında yer alır. Tüm süreç iki aşamaya ayrılmıştır: ön kalıp üretimi ve elyaf çekme.

Ön Kalıp İmalatı

Bir ön kalıp, yaklaşık 10 ila 20 santimetre çapında ve yaklaşık 1 metre uzunluğunda, yüksek-saflıkta bir cam çubuktur ve çekirdek kaplama kırılma indisi profili dahili olarak önceden oluşturulmuş durumdadır. Dört ana üretim yöntemi vardır: MCVD (Modifiye Kimyasal Buhar Biriktirme), OVD (Dışarıda Buhar Biriktirme), VAD (Buhar Eksenel Biriktirme) ve PCVD (Plazma Kimyasal Buhar Biriktirme).

Örnek olarak OVD işlemini ele alırsak: yüksek-saflıktaki silikon tetraklorür (SiCl₄) ve germanyum tetraklorür (GeCl₄) gazları, hidrojen-oksijen alevinde oksidasyon reaksiyonlarına girer. Ortaya çıkan SiO₂ ve GeO₂ parçacıkları, dönen bir hedef çubuk üzerinde birikerek, gözenekli bir cam gövde ("kurum ön kalıbı" olarak adlandırılır) oluşturmak için katman katman oluşturarak daha sonra yüksek sıcaklıkta kurutulur, sinterlenir ve katı, şeffaf bir ön kalıp halinde çökertilir.

Tek bir ön kalıp yüzlerce kilometrelik elyaf üretebilir. Ön kalıbın kalitesi, ön kalıp aşamasında kilitlenen ve çizim işlemi sırasında düzeltilemeyen zayıflama, dağılım ve kesme dalga boyu - parametreleri dahil olmak üzere fiberin tüm optik performans özelliklerini - belirler.

Elyaf Çizimi

Preform, yaklaşık 20 ila 30 metre yüksekliğinde dikey bir yapı olan çekme kulesine beslenir. Ön kalıbın alt ucu, camı yumuşatmak için yaklaşık 2.000 dereceye kadar ısıtılır ve daha sonra yerçekimi ve gerilim kontrolü altında 125 mikrometre çapında bir elyafa çekilir. Çekme hızı dakikada 1.000 ila 2.500 metreye ulaşabilir.

Çekme işlemi sırasında, fiber, ±0,1 mikrometre hassasiyetle gerçek zamanlı izleme için-hat içi bir lazer çap ölçerden geçer ve ardından hemen kaplama aşamasına girer - iki kat akrilat, UV lambaları altında kürlenerek fiber çapını 250 mikrometreye getirir. Yumuşatmadan kaplamaya kadar tüm süreç bir saniyeden daha kısa sürede kürlenir.

Çekme işleminden sonra fiber, mikro çatlaklar içeren kısımları ortadan kaldırmak için tipik olarak 0,69 GPa'lık (yaklaşık %1 gerinim) gerilime tabi tutulan dayanıklılık testine tabi tutulur ve sevk edilen fiberin mekanik güvenilirliğinin 25 yıllık hizmet ömrü gereksinimini karşılaması sağlanır.

Fiber Optik Kablonun Bakıra Göre Avantajları

Fiber ile bakırı karşılaştırırken,optik fiberin avantajlarıhemen netleşsin. Aşağıdaki tablo, fiberin neden modern ağlar için tercih edilen ortam haline geldiğini vurgulamaktadır.

Fiber ve bakır tamamlayıcıdır, rakip değildir. Mevcut ana akım ağ mimarisi "uca-uca{-fiber" ilkesini izler - omurga ve toplama katmanları fiber kullanırken, erişim katmanı (son cihazlara kadar olan son birkaç on metre) bakır kullanmaya devam eder. Önümüzdeki 5 ila 10 yıl içinde bu mimari kalıbın temelden değişmesi beklenmiyor.

Optik Fiber Uygulamaları

fiber optik için kullanırtelekomünikasyondan tıbba kadar neredeyse her sektörü kapsamaktadır. İşte temel uygulama alanları.

Telekom ve İnternet Omurgası

Küresel internet fiber üzerinden çalışıyor. Denizaltı fiber optik kablolar ve karasal uzun-ana hat kabloları, kıtaları birbirine bağlar. 5G baz istasyonu ön ve orta mesafe ağları da fibere dayanır ve her baz istasyonu 6 ila 12 fiber çekirdeğe ihtiyaç duyar. Bu ölçekte,ağda fiber optik kablo kullanımıküresel bağlantının omurgasını oluşturur.

Veri Merkezleri

Veri merkezleri, dahili olarak kısa-mesafeli yüksek-hızlı ara bağlantılar için OM3/OM4 çoklu-modlu fiber kullanır. Veri merkezleri arasında tutarlı optik iletişim teknolojisine sahip tek modlu fiber kullanılıyor; dalga boyu başına hızlar halihazırda 400G'ye ulaşıyor ve 800G dağıtımları da sürüyor.

FTTH (Eve Kadar Fiber)

FTTH, optik sinyalleri birden çok son kullanıcıya dağıtmak için PON (Pasif Optik Ağ) teknolojisini kullanarak fiberi doğrudan konut kullanıcılarına getiriyor ve düşük maliyetle gigabit-sınıfı geniş bant erişimi sağlıyor.

Endüstriyel ve Algılama

Fiber optik sensörler sıcaklık ve gerilim izleme için kullanılır ve petrol ve gaz boru hatlarında, güç kablolarında, tünel yangın uyarı sistemlerinde ve büyük-ölçekli yapısal sağlık izlemede yaygın olarak kullanılır.

Tıbbi

Fiber optik uygulamasıtıpta - endoskoplar, cerrahi lazerler ve görüntüleme sistemlerinin tümü aydınlatma, görüntüleme ve hassas cerrahi destek için optik fiberlere dayalı olarak genişlemeye devam ediyor.

Askeri ve Havacılık

Fiber optik, askeri iletişimde, veri yollarında ve havacılık sistemlerinde bakırın yerini alarak EMI bağışıklığı ve gizli dinleme direnci sunar. Fiber optik jiroskoplar uçak ve füze yönlendirme sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.